DE102019206784A1 - Method and arrangement for determining the state of a battery device - Google Patents
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Abstract
Offenbart werden ein Verfahren und eine Anordnung (AO) zur Zustandsbestimmung einer Batterievorrichtung (BV) mit einer Anzahl von im Inneren eines Batteriegehäuses (GH) angeordneten Batteriezellen (BZ). Anhand von zwei zueinander redundanten Druckerfassungseinheiten (D1, D2) werden zwei zueinander redundante Druckwerte (d1, d2) im Inneren des Batteriegehäuses (GH) erfasst. Aus jeweils einem der beiden Druckwerte (d1, d2) werden dann zwei zueinander redundanten Druckgradienten (g1, g2) ermittelt. Die beiden Druckwerte (d1, d2) werden dann voneinander unabhängig mit einer vorgegebenen Druckwertschwelle (ds1) verglichen. Analog werden die beiden Druckgradienten (g1, g2) voneinander unabhängig mit einer vorgegebenen Druckgradientschwelle (gs1) verglichen. Überschreitet mindestens einer des ersten (d1) und des zweiten (d2) Druckwerts die erste Druckwertschwelle (ds1) oder mindestens einer des ersten (g1) und des zweiten (g2) Druckgradients die erste Druckgradientschwelle (gs1), so wird ein kritischer Zustand bei den Batteriezellen (BZ) erkannt und als Maßnahme mindestens ein Betriebsparameter bei der Batterievorrichtung (BV) geändert.A method and an arrangement (AO) for determining the state of a battery device (BV) with a number of battery cells (BZ) arranged inside a battery housing (GH) are disclosed. Two pressure values (d1, d2) that are redundant to one another are recorded in the interior of the battery housing (GH) using two mutually redundant pressure recording units (D1, D2). Two mutually redundant pressure gradients (g1, g2) are then determined from one of the two pressure values (d1, d2). The two pressure values (d1, d2) are then compared independently of one another with a predetermined pressure value threshold (ds1). Analogously, the two pressure gradients (g1, g2) are compared independently of one another with a predetermined pressure gradient threshold (gs1). If at least one of the first (d1) and second (d2) pressure values exceeds the first pressure value threshold (ds1) or at least one of the first (g1) and second (g2) pressure gradients exceeds the first pressure gradient threshold (gs1), a critical state is established in the Battery cells (BZ) recognized and changed as a measure at least one operating parameter in the battery device (BV).
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Zustandsbestimmung einer Batterievorrichtung mit einer Anzahl von im Inneren eines Batteriegehäuses angeordneten Batteriezellen. Ferner betrifft die Erfindung eine Batterievorrichtung, insb. eine Traktionsbatterievorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, mit einer genannten Anordnung.The present invention relates to a method and an arrangement for determining the status of a battery device with a number of battery cells arranged in the interior of a battery housing. The invention further relates to a battery device, in particular a traction battery device for an electrically driven vehicle, with a named arrangement.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:State of the art and object of the invention:
Batterievorrichtungen, insb. Traktionsbatterievorrichtungen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, sind bekannt. Derartige Batterievorrichtungen weisen in der Regel eine Vielzahl von Batteriezellen auf, die in einem Batteriegehäuse angeordnet und von diesem vor äußeren Einflüssen geschützt sind.Battery devices, especially traction battery devices for electrically powered vehicles, are known. Battery devices of this type generally have a multiplicity of battery cells which are arranged in a battery housing and are protected by the latter from external influences.
Als Batteriezellen werden in der Regel Lithium-Ionen-Batteriezellen oder sonstige Batteriezellen mit vergleichbaren Eigenschaften verwendet. Dabei sind derartige Batteriezellen aufgrund ihrer Beschaffenheit, insb. Zellechemie, anfällig für äußere Einflüsse, wie z. B. starke Hitzeentwicklung. In kritischen Situationen, wie z. B. bei einer Überhitzung, kann es bei den Batteriezellen zu einem so genannten thermischen Durchgehen (auf Englisch „thermal runaway“) kommen. Bei einem thermischen Durchgehen reagieren einzelne Komponenten der Batteriezellen unkontrolliert miteinander unter einer starken Hitzeentwicklung und Gasbildung, was zu Brand oder Explosion der Batterievorrichtungen führen kann. Um dies zu vermeiden, muss ein thermisches Durchgehen bei den Batteriezellen frühzeitig erkannt und ggf. Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.Lithium-ion battery cells or other battery cells with comparable properties are generally used as battery cells. Due to their nature, especially cell chemistry, such battery cells are susceptible to external influences, such as e.g. B. intense heat generation. In critical situations such as B. in the event of overheating, the battery cells can experience a so-called thermal runaway. In the event of a thermal runaway, individual components of the battery cells react with one another in an uncontrolled manner, generating intense heat and forming gas, which can lead to fire or explosion of the battery devices. In order to avoid this, a thermal runaway in the battery cells must be detected early and countermeasures initiated if necessary.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit zur Zustandsbestimmung einer Batterievorrichtung bereitzustellen, mit der unter anderem ein thermisches Durchgehen bei Batteriezellen der Batterievorrichtung frühzeitig und zuverlässig erkannt werden kann.The object of the present application is therefore to provide a possibility for determining the state of a battery device with which, inter alia, a thermal runaway in battery cells of the battery device can be detected early and reliably.
Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous configurations are the subject of the subclaims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Zustandsbestimmung einer Batterievorrichtung, insb. einer Traktionsbatterievorrichtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit einer Anzahl von im Inneren eines Batteriegehäuses angeordneten Batteriezellen bereitgestellt.According to a first aspect of the invention, a method for determining the state of a battery device, in particular a traction battery device of an electrically driven vehicle, with a number of battery cells arranged in the interior of a battery housing is provided.
Gemäß dem Verfahren wird mittels einer ersten Druckerfassungseinheit ein erster Druckwert im Inneren eines Batteriegehäuses erfasst (erstes Erfassen eines ersten Druckwertes).According to the method, a first pressure value is detected in the interior of a battery housing by means of a first pressure detection unit (first detection of a first pressure value).
Hierbei ist der Ausdruck „erster Druckwert“ ein Überbegriff von einem oder mehreren hintereinander erfassten (Luft-)Druckmesswerten der ersten Druckerfassungseinheit.Here, the expression “first pressure value” is an umbrella term for one or more successively recorded (air) pressure measurement values of the first pressure recording unit.
Ferner wird mittels einer zweiten Druckerfassungseinheit ein zweiter Druckwert im Inneren eines Batteriegehäuses erfasst (zweites Erfassen eines zweiten Druckwertes).Furthermore, a second pressure value in the interior of a battery housing is detected by means of a second pressure detection unit (second detection of a second pressure value).
Analog zu dem Ausdruck „erster Druckwert“ ist der Ausdruck „zweiter Druckwert“ ein Überbegriff von einem oder mehreren hintereinander erfassten (Luft-)Druckmesswerten der zweiten Druckerfassungseinheit.Analogous to the expression “first pressure value”, the expression “second pressure value” is an umbrella term for one or more consecutively recorded (air) pressure measurement values of the second pressure recording unit.
Basierend auf dem ersten Druckwert wird ein erster Druckgradient ermittelt (erstes Ermitteln eines ersten Druckgradients).A first pressure gradient is determined based on the first pressure value (first determination of a first pressure gradient).
Dabei ist der erste Druckgradient eine zeitliche Veränderung der nacheinander gemessenen Luftdruckmesswerte der ersten Druckerfassungseinheit. Für die Ermittlung des ersten Druckgradients werden zwei oder mehr nacheinander erfassten Druckmesswerte der ersten Druckerfassungseinheit („der erste Druckwert“) herangezogen. Werden drei oder mehr Druckmesswerte von der ersten Druckerfassungseinheit als „der erste Druckwert“ erfasst und zur Ermittlung des ersten Druckgradients herangezogen, so können aus diesen Druckmesswerten zwei oder mehr Druckgradientswerte als „der erste Druckgradient“ ermittelt werden.The first pressure gradient is a change over time in the successively measured air pressure measurement values of the first pressure detection unit. To determine the first pressure gradient, two or more successively recorded pressure measurement values of the first pressure recording unit (“the first pressure value”) are used. If three or more pressure measurement values are recorded by the first pressure recording unit as “the first pressure value” and used to determine the first pressure gradient, then two or more pressure gradient values can be determined as “the first pressure gradient” from these pressure measurement values.
Analog wird basierend auf dem zweiten Druckwert ein zweiter Druckgradient ermittelt (zweites Ermitteln eines zweiten Druckgradients).Analogously, a second pressure gradient is determined based on the second pressure value (second determination of a second pressure gradient).
Dabei ist der zweite Druckgradient eine zeitliche Veränderung der nacheinander gemessenen Luftdruckmesswerte der zweiten Druckerfassungseinheit. Für die Ermittlung des zweiten Druckgradients werden zwei oder mehr nacheinander erfassten Druckmesswerte der zweiten Druckerfassungseinheit („der zweite Druckwert“) herangezogen. Werden drei oder mehr Druckmesswerte von der zweiten Druckerfassungseinheit als „der zweite Druckwert“ erfasst und zur Ermittlung des zweiten Druckgradients herangezogen, so können aus diesen Druckmesswerten zwei oder mehr Druckgradientswerte als „der zweite Druckgradient“ ermittelt werden.The second pressure gradient is a change over time in the successively measured measured air pressure values of the second pressure detection unit. For the determination of the second pressure gradient, two or more successively recorded pressure measurement values of the second pressure recording unit (“the second pressure value”) are used. If three or more pressure measurement values are recorded by the second pressure recording unit as “the second pressure value” and used to determine the second pressure gradient, then two or more pressure gradient values can be determined as “the second pressure gradient” from these pressure measurement values.
Der erste und der zweite Druckwert werden dann unabhängig voneinander mit einer ersten vorgegebenen Druckwertschwelle verglichen (erstes Vergleichen des ersten und des zweiten Druckwertes mit einer ersten vorgegebenen Druckwertschwelle).The first and the second pressure value are then compared independently of one another with a first predetermined pressure value threshold (first Comparing the first and the second pressure value with a first predetermined pressure value threshold).
Hierbei werden alle Druckmesswerte der ersten Druckerfassungseinheit nacheinander mit der ersten Druckwertschwelle verglichen. Analog werden alle Druckmesswerte der zweiten Druckerfassungseinheit nacheinander mit der ersten Druckwertschwelle verglichen.Here, all measured pressure values of the first pressure detection unit are compared one after the other with the first pressure value threshold. Analogously, all measured pressure values of the second pressure detection unit are compared one after the other with the first pressure value threshold.
Ferner werden der erste und der zweite Druckgradient mit einer ersten vorgegebenen Druckgradientschwelle verglichen (zweites Vergleichen des ersten und des zweiten Druckgradients mit einer ersten vorgegebenen Druckgradientschwelle).Furthermore, the first and the second pressure gradient are compared with a first predetermined pressure gradient threshold (second comparison of the first and the second pressure gradient with a first predetermined pressure gradient threshold).
Wurden in den vorliegenden Schritten „des Ermittelns des ersten bzw. des zweiten Druckgradients“ mehrere Druckgradientswerte als „der erste bzw. der zweite Druckgradient“ ermittelt, so können all dieser Druckgradientswerte voneinander unabhängig und nacheinander mit der ersten Druckgradientschwelle verglichen werden.If several pressure gradient values were determined as “the first or the second pressure gradient” in the present steps “of determining the first or the second pressure gradient”, then all of these pressure gradient values can be compared independently and one after the other with the first pressure gradient threshold.
Überschreitet mindestes einer des ersten und des zweiten Druckwerts die erste Druckwertschwelle, oder überschreitet mindestens einer des ersten und des zweiten Druckgradients die erste Druckgradientschwelle, so wird ein kritischer Zustand bei den Batteriezellen erkannt (Erkennen eines kritischen Zustandes bei den Batteriezellen).If at least one of the first and the second pressure value exceeds the first pressure value threshold, or if at least one of the first and the second pressure gradient exceeds the first pressure gradient threshold, a critical state is recognized in the battery cells (recognition of a critical state in the battery cells).
Beim Erkennen des kritischen Zustandes wird mindestens einer von mehreren Betriebsparametern der Batterievorrichtung geändert (Ändern mindestens eines Betriebsparameters bei der Batterievorrichtung).When the critical state is recognized, at least one of several operating parameters of the battery device is changed (changing at least one operating parameter in the battery device).
Dabei wird der mindestens eine Batterieparameter in einer Weise geändert, so dass die Batterievorrichtung bzw. die Batteriezellen den kritischen Zustand verlassen und in einen nicht-kritischen Zustand übergehen. Ist der kritische Zustand bspw. durch eine Überhitzung bei den Batteriezellen verursacht, so wird als die Parameteränderung bspw. die Kühlleistung der Batterievorrichtung erhöht.The at least one battery parameter is changed in such a way that the battery device or the battery cells leave the critical state and go into a non-critical state. If the critical state is caused, for example, by overheating in the battery cells, then the parameter change, for example, increases the cooling capacity of the battery device.
Gemäß dem Verfahren werden anhand von zwei zueinander redundanten Druckerfassungseinheiten zwei zueinander redundante Druckwerte im Inneren des Batteriegehäuses erfasst. Aus jeweils einem der beiden Druckwerte werden dann zwei zueinander redundanten Druckgradienten ermittelt. Die beiden Druckwerte werden dann voneinander unabhängig mit einer vorgegebenen Druckwertschwelle verglichen. Analog werden die beiden Druckgradienten voneinander unabhängig mit einer vorgegebenen Druckgradientschwelle verglichen. Überschreiteen der erste und/oder der zweite Druckwert die erste Druckwertschwelle, und/oder überschreiten der ersten und/oder der zweite Druckgradient die erste Druckgradientschwelle, so wird ein kritischer Zustand bei den Batteriezellen erkannt und als Gegenmaßnahme mindestens ein Betriebsparameter bei der Batterievorrichtung geändert.According to the method, two pressure values that are redundant to one another are recorded in the interior of the battery housing using two mutually redundant pressure recording units. Two mutually redundant pressure gradients are then determined from one of the two pressure values. The two pressure values are then compared independently of one another with a predetermined pressure value threshold. Analogously, the two pressure gradients are compared independently of one another with a predetermined pressure gradient threshold. If the first and / or the second pressure value exceed the first pressure value threshold and / or the first and / or the second pressure gradient exceed the first pressure gradient threshold, a critical state is recognized in the battery cells and at least one operating parameter in the battery device is changed as a countermeasure.
Die Erfindung macht eine Gasbildung im Inneren des Batteriegehäuses zunutze, die als Folge eines thermischen Durchgehens bei den Batteriezellen entsteht, um das thermisch Durchgehen und somit den fehlerhaften Zustand bei den Batteriezellen frühzeitig zu erkennen. Dabei werden sowohl Absolut-Luftdruck (Druckwert) als auch zeitliche Veränderung des Absolut-Luftdrucks (Druckgradient) im Inneren des Batteriegehäuses zur Ermittlung herangezogen, dessen bzw. deren Werte sich bei einer Gasbildung im Inneren des Batteriegehäuses als unmittelbare Folge rasch verändern.The invention makes use of gas formation in the interior of the battery housing, which occurs as a result of thermal runaway in the battery cells, in order to identify the thermal runaway and thus the faulty state in the battery cells at an early stage. Both the absolute air pressure (pressure value) and the temporal change in the absolute air pressure (pressure gradient) inside the battery housing are used to determine the values of which change rapidly as a direct consequence of gas formation inside the battery housing.
Das oben beschriebene Verfahren hat gegenüber einem Verfahren, bei dem allein durch Erfassen von Hitzeentwicklung oder Kapazitätsveränderung der Zustand der Batteriezellen ermittelt wird, den Vorteil, dass eine Feststellung eines kritischen Zustandes zeitnah zur Zustandsänderung in den kritischen Zustand erfolgen kann. Zudem kann die Zustandsbestimmung dank Heranziehen von zwei Parametern, nämlich dem Absolut-Luftdruck (Druckwert) und der zeitlichen Veränderung des Absolut-Luftdrucks (Druckgradient), auch zuverlässig erfolgt werden.The above-described method has the advantage over a method in which the state of the battery cells is determined solely by detecting the development of heat or a change in capacity that a critical state can be determined promptly when the state changes to the critical state. In addition, the state can be determined reliably thanks to the use of two parameters, namely the absolute air pressure (pressure value) and the change in the absolute air pressure over time (pressure gradient).
Zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit der Zustandsbestimmung werden für den Absolut-Luftdruck von zwei voneinander unabhängig agierenden Druckerfassungseinheiten zwei voneinander unabhängige Druckwerte erfasst und voneinander unabhängig jeweils mit einer vorgegebenen Druckwertschwelle verglichen. Analog werden zwei Druckgradienten jeweils von einem der beiden erfassten Druckwerte ermittelt und ebenfalls voneinander unabhängig jeweils mit einer vorgegebenen Druckgradientschwelle verglichen.To further increase the reliability of the determination of the state, two pressure values that are independent of one another are recorded for the absolute air pressure by two pressure recording units that act independently of one another and are each compared independently of one another with a predetermined pressure value threshold. Analogously, two pressure gradients are each determined from one of the two recorded pressure values and are also compared independently of one another with a predetermined pressure gradient threshold.
Dadurch wird eine doppelt-redundante Überwachung des Luftdrucks im Inneren des Batteriegehäuses und somit eine doppelt-redundante bzw. eine vierfach abgesicherte Zustandsbestimmung der Batterievorrichtung erzieht werden.As a result, a double-redundant monitoring of the air pressure in the interior of the battery housing and thus a double-redundant or quadruple secured state determination of the battery device can be established.
Damit ist mit dem oben beschriebenen Verfahren eine Möglichkeit zur Zustandsbestimmung einer Batterievorrichtung bereitgestellt, mit der ein thermisches Durchgehen bei Batteriezellen der Batterievorrichtung frühzeitig und zuverlässig erkannt werden kann.The above-described method thus provides a possibility for determining the state of a battery device, with which a thermal runaway in battery cells of the battery device can be detected early and reliably.
Bspw. werden der erste und der zweite Druckwert ferner mit einer zweiten vorgegebenen Druckwertschwelle verglichen (drittes Vergleichen des ersten und des zweiten Druckwertes mit einer zweiten vorgegebenen Druckwertschwelle). Außerdem werden der erste und der zweite Druckgradient bspw. ferner mit einer zweiten vorgegebenen Druckgradientschwelle verglichen (viertes Vergleichen des ersten und des zweiten Druckgradients mit einer zweiten vorgegebenen Druckgradientschwelle). Überschreiten der erste und der zweite Druckwert die zweite Druckwertschwelle und zudem der erste und der zweite Druckgradient die zweite Druckgradientschwelle, so wird ein gefährlicher Zustand bei den Batteriezellen erkannt (Erkennen eines gefährlichen Zustandes bei den Batteriezellen). Beim Erkennen des gefährlichen Zustandes wird mindestens die Batterievorrichtung abgeschaltet (Abschalten der Batterievorrichtung).E.g. the first and the second pressure value are also compared with a second predetermined pressure value threshold (third comparison of the first and the second pressure value with a second predetermined pressure value threshold). In addition, the first and the second pressure gradient are, for example, also compared with a second predetermined pressure gradient threshold (fourth comparison of the first and the second pressure gradient with a second predetermined pressure gradient threshold). If the first and the second pressure value exceed the second pressure value threshold and the first and the second pressure gradient also exceed the second pressure gradient threshold, a dangerous condition is recognized in the battery cells (recognition of a dangerous condition in the battery cells). When the dangerous state is recognized, at least the battery device is switched off (switching off the battery device).
Ist die Batterievorrichtung bspw. als eine Traktionsbatterie in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug eingebaut, so werden entsprechende weitere Maßnahmen, wie z. B. Stilllegen und Verlassen des Fahrzeugs, eingeleitet.If the battery device is installed, for example, as a traction battery in an electrically powered vehicle, corresponding further measures, such as, for. B. decommissioning and leaving the vehicle initiated.
Bspw. wird ferner überprüft, ob der erste und der zweite Druckwert innerhalb eines vorgegebenen Druckwertebereichs liegen (erstes Überprüfen). Liegen der erste und/oder der zweite Druckwert außerhalb des Druckwertebereichs, so wird ein Fehlersignal ausgegeben, das hinweist, dass die erste und/oder die zweite Druckerfassungseinheit fehlerhaft sind (Ausgeben eines Fehlersignals).E.g. it is also checked whether the first and the second pressure value are within a predetermined pressure value range (first check). If the first and / or the second pressure value are outside the pressure value range, an error signal is output which indicates that the first and / or the second pressure detection unit are faulty (output of an error signal).
Mit diesen Schritten wird somit eine Plausibilitätsprüfung für die erfassten Druckwerte bzw. für die beiden Druckerfassungseinheiten durchgeführt, wobei überprüft wird, ob bei den Druckerfassungseinheiten ein fehlerhafter Zustand vorliegt bzw. ob die erfassten Druckwerte für die Zustandsbestimmung verwendet werden können.With these steps, a plausibility check is carried out for the recorded pressure values or for the two pressure detection units, a check being made as to whether the pressure detection units are in a faulty state or whether the recorded pressure values can be used to determine the state.
Bspw. wird ferner überprüft, ob der erste und der zweite Druckgradient innerhalb eines vorgegebenen Druckgradientenbereichs liegen (zweites Überprüfen). Liegen der erste und/oder der zweite Druckgradient außerhalb des Druckgradientenbereichs, so wird das Fehlersignal ausgegeben (Ausgeben des Fehlersignals).E.g. it is also checked whether the first and the second pressure gradient are within a predetermined pressure gradient range (second checking). If the first and / or the second pressure gradient are outside the pressure gradient range, the error signal is output (output of the error signal).
Mit diesen Schritten wird somit eine somit eine Plausibilitätsprüfung für die ermittelten Druckgradienten bzw. für (Druckgradienten-)Ermittlungseinheiten durchgeführt, wobei überprüft wird, ob bei den Ermittlungseinheiten ein fehlerhafter Zustand vorliegt bzw. ob die ermittelten Druckgradienten für die Zustandsbestimmung verwendet werden können.With these steps, a plausibility check is carried out for the determined pressure gradients or for (pressure gradient) determination units, whereby it is checked whether the determination units are in a faulty state or whether the determined pressure gradients can be used for the state determination.
Bspw. wird ferner überprüft, ob eine Druckwertdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckwert innerhalb eines vorgegebenen Druckwertdifferenzbereichs liegen (drittes Überprüfen). Liegt die Druckwertdifferenz außerhalb des Druckwertdifferenzbereichs, so wird das Fehlersignal ausgegeben (Ausgeben des Fehlersignals).E.g. it is also checked whether a pressure value difference between the first and the second pressure value is within a predetermined pressure value difference range (third checking). If the pressure value difference lies outside the pressure value difference range, the error signal is output (output of the error signal).
Bspw. wird ferner überprüft, ob eine Druckgradientdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druckgradient innerhalb eines vorgegebenen Druckgradientdifferenzbereichs liegen. Liegt die Druckgradientdifferenz außerhalb des Druckgradientdifferenzbereichs, so wird das Fehlersignal ausgegeben (Ausgeben des Fehlersignals).E.g. it is also checked whether a pressure gradient difference between the first and the second pressure gradient is within a predetermined pressure gradient difference range. If the pressure gradient difference lies outside the pressure gradient difference range, the error signal is output (output of the error signal).
Bspw. sieht der Schritt des ersten Erfassens ferner vor, dass der erste Druckwert als ein erster relativer Druckwert im Inneren eines Batteriegehäuses zu einem Druckwert in der Umgebung des Batteriegehäuses erfasst wird.E.g. the step of the first recording further provides that the first pressure value is recorded as a first relative pressure value inside a battery housing to a pressure value in the vicinity of the battery housing.
Analog sieht der Schritt des zweiten Erfassens bspw. ferner vor, dass der zweite Druckwert als ein zweiter relativer Druckwert im Inneren eines Batteriegehäuses zu dem Druckwert in der Umgebung des Batteriegehäuses erfasst wird.Analogously, the step of the second recording also provides, for example, that the second pressure value is recorded as a second pressure value in the interior of a battery housing that is relative to the pressure value in the vicinity of the battery housing.
Bspw. werden die Schritte des ersten und des zweiten Erfassens, des ersten und des zweiten Ermittelns, sowie des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Überprüfens für eine erste vorgegebene Zeitdauer während eines Stillstands des Fahrzeugs oder nach Ablauf einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer nach einem Start des Fahrzeugs wiederholt durchgeführt. Die Schritte des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Vergleichens sowie des Erkennens werden dagegen erst nach dem Ablauf der ersten Zeitdauer durchgeführt, und nur dann, wenn in der ersten Zeitdauer der Schritt des Ausgebens des Fehlersignals nicht erfolgt wurde bzw. in der ersten Zeitdauer das Fehlersignal nicht abgegeben wurde.E.g. the steps of first and second detection, first and second determination, as well as first, second, third and fourth checking for a first predetermined period of time while the vehicle is stationary or after a second predetermined period of time has elapsed after a start carried out repeatedly on the vehicle. The steps of the first, the second, the third and the fourth comparison as well as the recognition, however, are only carried out after the expiry of the first period and only if the step of outputting the error signal was not carried out in the first period or in the the error signal was not given for the first time.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zur Zustandsbestimmung bei einer Batterievorrichtung, insb. einer Traktionsbatterievorrichtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit einer Anzahl von im Inneren eines Batteriegehäuses angeordneten Batteriezellen bereitgestellt.According to a second aspect of the invention, an arrangement for determining the status of a battery device, in particular a traction battery device of an electrically driven vehicle, with a number of battery cells arranged in the interior of a battery housing is provided.
Die Anordnung weist eine erste Druckerfassungseinheit zum Erfassen eines ersten Druckwertes im Inneren eines Batteriegehäuses, und eine zweite Druckerfassungseinheit zum Erfassen eines zweiten Druckwertes im Inneren eines Batteriegehäuses auf. Ferner weist die Anordnung eine erste Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines ersten Druckgradients basierend auf dem ersten Druckwert, und eine zweite Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines zweiten Druckgradients basierend auf dem zweiten Druckwert auf. Zudem weist die Anordnung eine erste Vergleichseinheit zum Vergleichen des ersten und des zweiten Druckwertes mit einer ersten vorgegebenen Druckwertschwelle, und eine zweite Vergleichseinheit zum Vergleichen des ersten und des zweiten Druckgradients mit einer ersten vorgegebenen Druckgradientschwelle auf. Außerdem weist die Anordnung eine Erkennungseinheit auf, die eingerichtet ist, einen kritischen Zustand bei den Batteriezellen zu erkennen, wenn mindestens einer des ersten und des zweiten Druckwerts die erste Druckwertschwelle überschreitet; oder mindestens einer des ersten und des zweiten Druckgradients die erste Druckgradientschwelle überschreitet. Ferner weist die Anordnung eine Regelungs-/Steuerungseinheit auf, die eingerichtet ist, beim Erkennen des kritischen Zustandes mindestens einen Betriebsparameter bei der Batterievorrichtung zu ändern.The arrangement has a first pressure detection unit for detecting a first pressure value inside a battery housing, and a second pressure detection unit for detecting a second pressure value inside a battery housing. Furthermore, the arrangement has a first determination unit for determining a first pressure gradient based on the first pressure value, and a second determination unit for determining a second pressure gradient based on the second pressure value. In addition, the arrangement has a first comparison unit for comparing the first and of the second pressure value with a first predetermined pressure value threshold, and a second comparison unit for comparing the first and the second pressure gradient with a first predetermined pressure gradient threshold. The arrangement also has a detection unit which is set up to detect a critical state in the battery cells when at least one of the first and the second pressure value exceeds the first pressure value threshold; or at least one of the first and second pressure gradients exceeds the first pressure gradient threshold. Furthermore, the arrangement has a regulation / control unit which is set up to change at least one operating parameter in the battery device when the critical state is recognized.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Batterievorrichtung, insb. eine Traktionsbatterievorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, bereitgestellt.According to a third aspect of the invention, a battery device, in particular a traction battery device for an electrically driven vehicle, is provided.
Die Batterievorrichtung weist ein Batteriegehäuse und eine Anzahl von Batteriezellen auf, wobei die Batteriezellen im Inneren des Batteriegehäuses angeordnet sind von dem Batteriegehäuse vor äußeren Einflüssen in der Umgebung des Batteriegehäuses geschützt sind. Die Batterievorrichtung weist ferner eine zuvor beschriebene Anordnung auf, die eingerichtet ist, den Zustand der Batterievorrichtung bzw. der Batteriezellen zu bestimmen und im Falle eines kritischen oder eines gefährlichen Zustands bei der Batterievorrichtung bzw. den Batteriezellen entsprechende Maßnahmen einzuleiten.The battery device has a battery housing and a number of battery cells, wherein the battery cells are arranged in the interior of the battery housing and are protected by the battery housing from external influences in the vicinity of the battery housing. The battery device also has a previously described arrangement which is set up to determine the state of the battery device or the battery cells and to initiate appropriate measures in the event of a critical or dangerous state in the battery device or the battery cells.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Verfahrens sind, soweit im Übrigen, auf die oben genannte Anordnung bzw. der oben genannte Batterievorrichtung übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung bzw. der Batterievorrichtung anzusehen.Advantageous refinements of the method described above, insofar as they are otherwise transferable to the above-mentioned arrangement or the above-mentioned battery device, are also to be regarded as advantageous refinements of the arrangement or the battery device.
FigurenlisteFigure list
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung einen Abschnitt einer Batterievorrichtung mit einer Anordnung zur Zustandsbestimmung der Batterievorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und -
2 in schematischen Ablaufdiagrammen ein Verfahren zur Zustandsbestimmung der Batterievorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
-
1 in a schematic illustration a section of a battery device with an arrangement for determining the state of the battery device according to an exemplary embodiment of the invention; and -
2 in schematic flowcharts a method for determining the state of the battery device according to an exemplary embodiment of the invention.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:Detailed description of the drawings:
Die Batterievorrichtung
Die Batterievorrichtung
Das Batteriegehäuse
Als Batteriezellen BZ werden in der Regel Lithium-Ionen-Batteriezellen oder sonstige Batteriezellen mit vergleichbaren Eigenschaften verwendet. Dabei sind derartige Batteriezellen BZ aufgrund ihrer Beschaffenheit, insb. Zellechemie, anfällig für äußere Einflüsse, wie z. B. starke Hitzeentwicklung. In kritischen Situationen, wie z. B. bei einer Überhitzung, kann es bei den Batteriezellen BZ zu einem so genannten thermischen Durchgehen (auf Englisch „thermal runaway“) kommen. Bei einem thermischen Durchgehen reagieren einzelne Komponenten der Batteriezellen BZ unkontrolliert miteinander unter einer starken Hitzeentwicklung und Gasbildung, was zu Brand oder Explosion der Batteriesysteme führt. Um dies zu vermeiden, muss ein thermisches Durchgehen bei den Batteriezellen BZ bzw. der Zustand der Batterievorrichtung
Hierzu weist die Batterievorrichtung
Die Anordnung
Die erste Druckerfassungseinheit
Die zweite Druckerfassungseinheit
Die Anordnung
Die erste Ermittlungseinheit
Die zweite Ermittlungseinheit
Die Anordnung
Die erste Vergleichseinheit
Die zweite Vergleichseinheit
Die Anordnung
Die Erkennungseinheit K ist signaleingangsseitig mit dem Signalausgang der ersten Vergleichseinheit
Die Anordnung
Die Regelungs-/Steuerungseinheit R ist eingerichtet, beim Erhalt eines Signals von der Erkennungseinheit K, das einen kritischen Zustand bei den Batteriezellen BZ signalisiert, durch Ändern mindestens eines Betriebsparameters bei der Batterievorrichtung
Nachdem die Anordnung
Das Verfahren kann grob in zwei folgenden Verfahrensabschnitten B und C aufgeteilt werden, nämlich:
- - Plausibilitätsprüfung der Fehlerfreiheit bei der Anordnung
AO (Verfahrensabschnitt B); und - - Erkennen von kritischen oder gefährlichen Zuständen bei der Batterievorrichtung
BV und Einleiten von entsprechenden Maßnahmen (Verfahrensabschnitt C).
- - Plausibility check of the correctness of the arrangement
AO (Process section B); and - - Detection of critical or dangerous states in the battery device
BV and initiation of appropriate measures (procedural section C).
Dabei setzen die beiden Verfahrensabschnitte B und C jeweils einen vorrausgehenden Verfahrensabschnitt A voraus bzw. enthalten diesen Verfahrensabschnitt A:
- - Erfassen von Druckwerten und Ermitteln von Druckgradienten (Verfahrensabschnitt A).
- - Acquisition of pressure values and determination of pressure gradients (method section A).
In dem Verfahrensabschnitt A werden die Druckwerterfassung und Druckgradientenermittlung SA1, SA2, SA3, SA4 durchgeführt, die für die nachfolgenden beiden Verfahrensabschnitte B und C notwendig sind.In method section A, the pressure value detection and pressure gradient determination SA1, SA2, SA3, SA4 are carried out, which are necessary for the following two method sections B and C.
Die beiden Verfahrensabschnitte B und C sind in
In dem Verfahrensabschnitt B wird überprüft, ob die Anordnung
Mit dem Verfahrensabschnitt B bzw. der Plausibilitätsprüfung wird verhindert, dass in dem anschließenden Verfahrensabschnitt C bzw. bei der Ermittlung von kritischen oder gefährlichen Zuständen bei der Batterievorrichtung
Als Grundlage für die Plausibilitätsprüfung dient die Tatsache, dass aufgrund der Größe des Batteriegehäuses
Diese Tatsache wird zur Plausibilitätsprüfung herangezogen und die von den Druckerfassungseinheiten
Die Plausibilitätsprüfung wird in einem Stillstand des Fahrzeugs oder nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer nach einem Start des Fahrzeugs (und noch vor dem Abfahren des Fahrzeugs) und somit nach einem ausreichenden Druckausgleich bei der Batterievorrichtung
The plausibility check is carried out when the vehicle is at a standstill or after a certain period of time has elapsed after the vehicle has been started (and before the vehicle is driven off) and thus after sufficient pressure equalization in the battery device
Hierzu erfasst die erste Druckerfassungseinheit
Analog erfasst die zweite Druckerfassungseinheit
Die erste Ermittlungseinheit
Die erste Vergleichseinheit
Analog überprüft die zweite Vergleichseinheit
Optional wird zwischen dem ersten und dem zweiten Druckwert d1, d2 eine Druckwertdifferenz berechnet und überprüft, ob diese Druckwertdifferenz innerhalb eines vorgegebenen Druckwertdifferenzbereichs liegt. Liegt wenn die Druckwertdifferenz außerhalb des Druckwertdifferenzbereichs, so wird das Fehlersignal an die zentrale Regelungs-/Steuerungseinheit R abgegeben. Analog wird zwischen dem ersten und dem zweiten Druckgradient g1, g2 eine Druckgradientdifferenz berechnet und überprüft, ob diese Druckgradientdifferenz innerhalb eines vorgegebenen Druckgradientdifferenzbereichs liegt. Liegt die Druckgradientdifferenz außerhalb des Druckgradientdifferenzbereichs, so wird ebenfalls das Fehlersignal an die zentrale Regelungs-/Steuerungseinheit R abgegeben.Optionally, a pressure value difference is calculated between the first and the second pressure value d1, d2 and it is checked whether this pressure value difference lies within a predetermined pressure value difference range. If the pressure value difference is outside the pressure value difference range, the error signal is sent to the central regulating / control unit R. Similarly, a pressure gradient difference is calculated between the first and the second pressure gradient g1, g2 and a check is made to determine whether this pressure gradient difference lies within a predetermined pressure gradient difference range. If the pressure gradient difference is outside the pressure gradient difference range, the error signal is also sent to the central regulating / control unit R.
Diese optionalen Verfahrensschritte haben ihre Grundlage darin, dass die beiden Druckerfassungseinheiten
Erhält die Regelungs-/Steuerungseinheit R während den Verfahrensschritten SB1, SB2 mindestens ein Fehlersignal, so schaltet sie gemäß einem weiteren Verfahrensschritt SB3 bspw. die gesamte Batterievorrichtung
Erhält die Regelungs-/Steuerungseinheit R während den Verfahrensschritten SB1, SB2 kein Fehlersignal, so wiederholt die Anordnung
Ist die erste Zeitdauer abgelaufen, ohne ein Fehlersignal abgegeben wurde, so geht die Anordnung
Die Zustandsbestimmung wird in der Regel während einer gesamten Betriebsdauer des Fahrzeugs durchgeführt. Dabei werden die Verfahrensschritte SA1, SA2, SA3 und SA4 zum Erfassen von Druckwerten d1, d2 und zum Ermitteln von Druckgradienten g1, g2 in analoger Weise wie bei der Plausibilitätsprüfung (Verfahrensabschnitt B) durchgeführt.The status determination is usually carried out during the entire operating time of the vehicle. The method steps SA1, SA2, SA3 and SA4 for detecting pressure values d1, d2 and for determining pressure gradients g1, g2 are carried out in a manner analogous to the plausibility check (method section B).
Die erste Vergleichseinheit
Analog vergleicht die zweite Vergleichseinheit
Erhält die Erkennungseinheit K von den beiden Vergleichseinheiten
Erhält die Erkennungseinheit K von den beiden Vergleichseinheiten
Daraufhin vergleicht die erste Vergleichseinheit
Analog vergleicht die zweite Vergleichseinheit
Erhält die Erkennungseinheit K von den beiden Vergleichseinheiten
Erhält die Erkennungseinheit K von den beiden Vergleichseinheiten
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